管殼式換熱器的工作原理及結構

（山東華昱壓力容器有限公司，濟南 250305）

摘 要：隨著今天快速發展的科技，換熱器已廣泛運用于我國各個生產區域，換熱器跟人們生活一脈相連。用來熱交換的機械設備就是所謂的換熱器。本文綜述了管殼式換熱器的工作原理及結構。

關鍵詞：管殼式換熱器;工作原理;結構

1 管殼式換熱器的工作原理

屬于間壁式換熱器的就是管殼式換熱器，其換熱管內組成的流體通道稱為管程，換熱管外組成的流體通道稱為殼程。管程以及殼程分別經過2個不一樣溫度的流體時，溫度相對高的流體經過換熱管壁把熱量傳遞給溫度相對低的流體，溫度相對高的流體被冷卻，溫度相對低的流體被加熱，進而完成兩流體換熱工藝的目標。（工作原理和結構見圖1）

管殼式換熱器關鍵由管箱、管板、管子、殼體以及折流板等組成。一般圓筒形為殼體;直管或U形管為管子。為把換熱器的傳熱效能提高，也能使用螺紋管、翅片管等。管子的安排有等邊三角形、正方形、正方形斜轉45°以及同心圓形等幾種方式，最為常見的是前面三種。依照三角形部署時，在一樣直徑的殼體內能排列相對多的管子，以把傳熱面積增加，但管間很難用機械辦法清洗，也相對大的流體阻力。在管束中橫向部署一些折流板，引導殼程流體幾次改變流動目標，管子有效地沖刷，以把傳熱效能提高，同時對管子起支承作用。弓形、圓形以及矩形等是折流板的形狀。為把殼程以及管程流體的流通截面減小、流速加快，以把傳熱效能提高，能在管箱以及殼體內縱向安排分程隔板，把殼程分為二程以及把管程分為二程、四程、六程以及八程等。管殼式換熱器的傳熱系數，水換熱在水時為1400～2850瓦每平方米每攝氏度〔W/（m（℃）〕;氣體用水冷卻時，為10～280W/（m（℃）;水蒸汽用水冷凝時，為570～4000W/（m（℃）。

2 管殼式換熱器依據結構特征能分為下面2類

2.1 剛性構造的管殼式換熱器：

固定管板式是這種換熱器的另一個名稱，一般能可分為單管程以及多管程2種。在兩塊管板上換熱器的管端以焊接、脹接、脹焊并用的辦法固定，而管板則以焊接的辦法以及殼體相連。因為不存在彎管部分，污垢不容易在管內積聚，就算出現污垢也方便清洗。假如管子出現泄漏或損壞，也方便實施堵管或換管。但不能在管子的外表面實施機械清洗，而且很難檢驗，不適合解決臟的或有腐蝕性的介質。更關鍵的不足是當殼體以及管子的壁溫或材料的線膨脹系數相差相對大時，在殼體以及管中將出現很大的溫差應力。

2.2 管殼式換熱器具備溫差補償裝置：它能讓受熱部分自由膨脹

這構造方式又能分成：

（1）浮頭式換熱器：浮頭式換熱器針對固定管板式換熱器的不足在構造上做了改進，只有一端與殼體固定的兩端管板，而能夠在殼體內自由移動的是另一端的管板，這端稱為浮頭。浮頭端設計成能拆構造，讓管束能夠容易地插入或抽出，這樣為檢修、清洗供應了便捷。

（2）U形管式換熱器：它只有一塊管板，彎成U形的換熱管，管子的兩端都固定在這只有的一塊管板上，把全部管子的入口端集中在半塊管板上，在另半塊管板上是出口端集中的地方，中間用管箱的分程隔板隔開。由里向外是U形管的排列，最里層的U形管一定要維持一個最小彎曲半徑，于是造成殼程內發生了不爐排管的條形空間，就是影響構造的緊湊，防短路的中間擋板或擋管又要安裝，U形管假如出現泄漏損壞，只可以把壞管堵塞而不可以更換。因此U形管換熱器只適合用于管、殼程溫差大，管內介質清潔但壓力相對高的場合。

（3）填料函式換熱器：對于某些腐蝕嚴重，溫差相對大而常常要更換管束的冷卻器，使用填料要比浮頭式或固定式換熱器優越的多的是函式換熱器。它是具備浮頭式換熱器的優勢，固定式換熱器的不足又克服了，構造跟浮頭相比簡單，制造便捷，容易方便檢修清洗。填料函式換熱器的管板也只有一端和殼體固定，另一端使用填料函密封，它的管束也能夠自由膨脹，因此也不需要思考因為管壁、殼壁溫度引發的熱應力。而且管程以及課程都可以清洗，加工制造的浮頭容易簡單，而且造價相對低。

3 主要技術特點：

3.1 通常管殼式換熱器和別的類型換熱器對比有下面關鍵技術特點：

（1）不怕高溫不怕高壓，牢固穩當實用;（2）歷史悠久的制造運用，成熟的制造工藝和操作維檢技術;（3）選材廣泛，適用區域大。

3.2 管殼式換熱器除具備上面說的特點外，獨具下面主要技術特點

（1）換熱管內外表面均呈螺旋狀的螺旋管管殼式換熱器，在管內呈三維螺旋運動狀態向前流動的是管程流體，流速非常低時就能達到充足湍流，從而把管殼式換熱器管程流體界膜傳熱系數相對低的不足克服了，明顯把換熱器的總傳熱系數提高了，流體阻力損失相對小了;（2）波節管式換熱器的改進型的弧線管殼式換熱器，具備波節管式換熱器傳熱系數高，不容易結垢等所有的優點，同時把波節管式換熱器受制造工藝約束而管壁相對薄、換熱管相對短、管板以及換熱管連結一定要另加焊接套等不足克服了，跟GB151國家規范完全符合，牢固實用;（3）離子束管殼式換熱器和鎳基滲層管殼式換熱器的換熱管通過離子束加工或鎳基滲碳，其表面產生平均的微觀凸凹面，使換熱流體表面張力降低，從而把流體界膜傳熱系數提高，特別是對于冷凝傳熱，變膜狀冷凝為珠狀冷凝，把冷凝界膜傳熱系數和換熱器總傳熱系數大幅度提高。

4 結語

在經濟水平飛速發展的現在社會，人們開始更多地重視生活上每一個細節的品質，也愈來愈需要更充裕更加便捷的熱能供應形式，作為一種傳統的換熱設備的管殼式換熱器，由于其構造簡單，解決能力大、選材區域廣，適應性強，容易制造而且成本相對低，方便清洗，在高溫高壓下也可以適用等很多的優點，依然在換熱器中占主導位置。

參考文獻：

[1]馬小明.管殼式換熱器[S].中國石化出版社出版，2010（01）：01.

[3]吳金星，董其伍.縱流式換熱器的結構研究的發展[J].化工進展，2002（21）.